アミノ酸を中心とした脳発達の栄養学的研究

タ内クミ

匠

広島大学大学院医歯薬学総合研究科緒透教授

本研究では、本モデルを用いて、脳発達障害における言脳内神経伝達物質にはグルタミン酸や GABA などのアアミノ酸及びその代謝産物であるモノアミン系の異常をミノ酸、さらにはアミノ酸代謝産物であるセロトニンや調べることにより、脳発達に及ぼすアミノ酸の機能を明

ドーパミンといったアミノ酸及びその関連物質があり、らかにする。さらなる行動解析と脳内のモノアミン解析

脳機能に重要な働きをしている。また、アミノ酸は脳発の結果、発達期におけるセロトニンの異常が脳発達に関達に重要であることは知られているが、その詳細な機構与している可能性が示唆された 。

3)は不明である。
自閉症をはじめとする発達障害は、患者数の増加とと結もに社会的にも大きな問題である。我々は、最新の染色果

１. 行動解析

体工学的手法を用いて、自閉症ヒト型モデルマウスをすべての行動解析は C57BL/6J に 10 世代以上戻し交1)作製することに最近成功した 。ヒト染色体 15q11–13配したものを使用した。

重複は、自閉症の細胞遺伝的な異常としてもっとも頻度12 時間明暗周期（LD）の同調ののち、恒常暗条件（DD）の高いものとして知られている。本モデルマウスは、こ条件下で、patDp/+ マウスの概日行動リズムは野生型とのヒト染色体 15q11–13 重複をマウス相当染色体領域の間に有意な差を認めなかった。概日リズム周期は両者（マウス染色体７番）に人工的に構築したものである。まの間で有意な差がなかった。同調期間の最初の１週間のた、本重複領域はゲノム刷込み領域としても知られた領

活動量は明期、暗期いずれも patDp/+ マウスは野生型に域であり、父親由来のアレル、母親由来のアレルでそれ比べて減少していた。また、位相変位の実験においても、ぞれ遺伝子発現が異なる。

patDp/+ マウスと野生型間で有意な差を認めなかった。

本モデルの特徴は、下記の通り自閉症様行動を示すだ

オープンフィールドテストにおいては、patDp/+ マウ

けなく、ヒト自閉症患者の染色体異常を同様に有していスは野生型に比べて、総移動距離が減少、中心領域でのる点と、自然発症マウスを見つける事が困難な精神疾患滞在時間が減少、垂直方向の運動が減少していた。最に対して、自閉症遺伝学のためのファウンダーマウスを初 30 分間の中心滞在時間／総移動距離の比を計算する意図的に作製したという点であり、構成的妥当性を有すと、patDp/+ マウスは野生型に比べて有意に低い値を示るモデルと言える。すなわち、真の意味でのヒト型モした。これらの結果は、patDp/+ マウスにおいて不安様2)

デルと呼べる 。ノックアウトマウスでたまたま自閉症行動が増加し、新奇環境での探索行動が減少しているこ様症状が見られたこれまでの ”putative” モデルマウスととを示唆している。

は、一線を画しており、勿論世界初の報告である。

Novelty suppressed feeding test では、24 時間の給餌

一連の行動解析の結果、本父性重複マウスは、社会的制限ののち、food pellet をオープンフィールド内の中心相互作用の障害、超音波啼鳴（USV）発達の遅延、固執において、行動を測定した。patDp/+ マウスは野生型に的常同様運動、不安等の自閉症様行動を示した。また、比べて餌を食べに行くまでの時間が有意に長かった。ま本社会性異常行動の原因の一つとして、重複領域内にあた、野生型マウスではほとんどのものが 5 分以内に餌る非コード RNA である snoRNA の解析の結果、セロトを食べるのに対し、60％の patDp/+ マウスは餌を食べニン 2c（5HT2c）受容体の RNA editing を介するセロトなかった。これらの結果は、空腹という生理現象の中で

1)ニンシグナルの異常を明らかにした 。

も patDp/+ マウスの不安様行動が増加していることを
1

内匠透示唆している。

奇探索行動が減少していることを示唆している。

Contextual and cued fear conditioning テストにおいて、 条 件 刺 激（CS） と し て 60dB white noise を 30 秒、2. 神経化学的解析

非条件刺激（US）として mild foot shock (2 sec, 0.5 mA)

アダルト脳の領域毎のモノアミン量を HPLC で測定しを行った。foot shock に対するすくみ反応は patDp/+

たところ、patDp/+ マウスの小脳、中脳、嗅脳において、および野生型マウスで同様に見られた。しかしながら、セロトニン（5–HT）およびその代謝物である 5–HIAA の調べたいかなる条件下においても（刺激の有無にかかわ量が減少していた。一方、ドーパミン（DA）、ノルエピらず）、patDp/+ マウスのもとのすくみ率は高かった。

ネフリン（NE）には差がみられなかった（表１）。

これらの結果は、patDp/+ マウスが恐怖様行動を示してさらに発達段階を調べるために、１、２、３週の脳のいることを示唆している。あるいは、patDp/+ マウスの領域毎のモノアミン量を同様に測定した。調べた脳領域

もともとのすくみ率が高いことから新奇な環境での不安すべてにおいて（大脳皮質、海馬、小脳、視床下部、中脳、度の高さを意味しているかもしれない。

橋および延髄）、patDp/+ マウスの 5–HT 量は野生型にY 迷路テストでは、patDp/+ マウスがアームに入る数比べて減少していた。また、DA およびその代謝物であの差が野生型に比べて明らかに減少していた。一方、正る HVA, DOAPC は、patDp/+ マウスの橋および延髄でしいアームを選択する率には両者に差は見られなかっ増加傾向にあった。一方、NE およびその代謝物であるた。これらの結果は、patDp/+ マウスの作業記憶は障害

MHPG では一定の傾向はみられなかった（図１）。
以上の結果から、脳内、特に発達期における 5–HT 量されていないものの、新奇探索行動が減少していることを示唆している。の減少が行動異常に関与していることが示唆された。

ガラス玉埋め行動テストでは、12 × 27 × 9 cm のケ ー ジ の 中 で、5 cm の 床 敷 の 上 に 25 個 の ガ ラ ス 玉

考察をおき、ガラス玉を埋める行動を自動的に記録した。

行動実験の結果、patDp/+ マウスは新規環境におけるpatDp/+ マウスのガラス玉を埋める数は野生型に比べて不安度の増加という共通の現象が観察された。129S6有意に減少していた。一方、両者の自発運動量には差がバックグランドを用いた行動解析でも、例えば、放射状認められなかた。これらの結果は patDp/+ マウスの新迷路試験では、最終的学習能力に差がないものの、空腹表１DA

DOPAC

NE

（pg/mg protein）（pg/mg protein）（pg/mg protein）

0.78 ± 0.05

91.32 ± 5.54

35.67 ± 5.26

2988.23 ± 71.28

533.36 ± 13.65*

0.74 ± 0.05

85.99 ± 2.69

31.20 ± 1.47

2912.16 ± 44.96

5723.94 ± 181.88

4670.96 ± 135.58

0.82 ± 0.03

2113.13 ± 62.56

695.06 ± 26.39

4731.57 ± 105.54

patDp/+

5051.83 ± 173.53*

4089.1 ± 139.51*

0.82 ± 0.04

2985.01 ± 931.77

808.40 ± 193.80

4688.49 ± 131.68

WT

4660.38 ± 104.9

2015.87 ± 145.69

0.44 ± 0.04

2630.63 ± 113.94

770.08 ± 53.47

3111.66 ± 100.50

patDp/+

4266.45 ± 142.64*

1590.04 ± 57.23*

0.38 ± 0.02

2622.95 ± 50.96

709.17 ± 45.87

3244.77 ± 63.60

WT7093.56 ± 142.73

1690.35 ± 60.42

0.24 ± 0.01

3208.95 ± 1083.73

540.37 ± 88.40

5771.15 ± 123.21

patDp/+

6846.74 ± 102.99

1546.28 ± 57.71

0.23 ± 0.01

2151.43 ± 595.04

373.67 ± 60.14

5545.47 ± 85.69

WT4405.72 ± 649.21

4354.89 ± 294.4

1.28 ± 0.24

1070.44 ± 170.95

339.01 ± 34.75

6086.68 ± 204.58

patDp/+

4359.11 ± 620.47

4148.24 ± 160.09

1.21 ± 0.21

1041.80 ± 149.70

337.42 ± 20.21

6487.35 ± 199.50

Region and genotype

5-HT

アダルト patDp/+ マウス脳におけるモノアミン量
5-HIAA

5-HT turnover（pg/mg protein）（pg/mg protein） （5-HIAA / 5-HT）

WT

800.89 ± 51.09

610.68 ± 32.47

patDp/+

747.14 ± 54.16

WT

Cerebellum

MidbrainOlfactory bulb

Prefrontal cortex

Pons and medulla

小脳（cerebellum）大脳皮質（cerebral cortex） 海馬（hippocampus） 視床下部（hypothalamus） 中脳（midbrain） 橋および延髄（pons andmedulla）。* p<0.05.
2アミノ酸を中心とした脳発達の栄養学的研究

7)であってもなかなか餌を食べに行かないという、今回のとが報告されている 。このようなことから、小脳はさ

2)

一連の行動実験でみられた同様の行動が観察された 。

らに解析する標的領域の一つである。

ヒト父性重複例では、同様の不安様行動が報告されてい今回の実験結果よりアダルト脳よりも発達期の脳内4)での 5–HT 量の違いが顕著であったことから、発達期でる 。さらに、ヒト父性重複例においては、運動協調性5)の 5–HT 量の重要性が示唆される。実際、マウスの生後の問題が指摘されている 。マウス小脳は探索行動や動6)機付けに関与するとされており 、低い探索傾向や常同

4–21 日での SSRI 投与は、成長後の行動異常（探索行動様行動を示す自閉症患者と小脳の低形成がリンクするこの現象、不安の上昇、うつ様行動等）を示すが、アダル

図１
atDp/+ マウスでは 5-HT の減少がみられる発達期（１、２、３週）の脳内組織でのモノアミン量を測定。小脳（cerebellum） 大脳皮質（cerebral cortex） 海馬（hippocampus）視床下部（hypothalamus） 中脳（midbrain） 橋および延髄（pons and medulla）。* p<0.05.
3

内匠

透

トでの SSRI の投与ではこれらの異常が観察されないことが報告されている

謝8,9)

。

辞援助いただきました公益財団法人三島海雲記念財団に今回の行動実験や神経化学的解析でみられた patDp/+深謝致します。本研究の共同研究者は、広島大学大学院

マウスの表現型は、5–HT 関連の遺伝子改変マウスの表

医歯薬学総合研究科の玉田紘太、畠中史幸、中井信裕、現型と共通のものが観察される。特に、セロトニントラ

元大阪バイオサイエンス研究所の中谷仁、友永省三、藤ンスポーター（5–HTT）欠損マウスとは、行動、神経化

田保健衛生大学の宮川剛、生理学研究所の高雄啓三、各学両実験の結果とよく似通っている

10,11)。面白い事に、博士であり、皆様に感謝致します。

5–HTT ノックアウトマウスでも、社会性行動の異常が観察されている

12–14)。

参1)

HT2cR）の関連を明らかにした 。5–HT2cR が背側縫線

献4) R. Mao, et al,: Genet. Med ., 2, 131-135, 2000.

核の GABA 作動性インターニューロンに発現すると 5–5) C. Depienne, et al,: Biol. Psychiatry , 66, 349-359, 2009.
6) J. Caston, et al,: Brain Res ., 808, 232-237, 1998.

HT 神経活動および神経伝達を抑制することが報告され

7) K. Pierce and E. Courchesne; Biol. Psychiatry , 49, 655-15)。patDp/+ マウスでは、背側縫線核における664, 2001.

局所回路の障害の可能性があり、この障害が異常行動の

8) M.S. Ansorge, et al,: Science , 306, 879-881, 2004.

関連しているかもしれない。

9) M.S. Ansorge, et al,: J. Neurosci ., 28, 199-207, 2008.

また重複領域内父性発現遺伝子である Necdin と 5–10) D.L. Murphy and K.P Lesch.: Nat. Rev. Neurosci ., 9, 85-HT の関連が示唆されており、Necdin 欠損マウスでは、

96, 2008.
11) A.V. Kalueff, et al,: Neurosci. Biobehav. Rev ., 34, 373-

縫線核の 5–HT 神経小胞が大きくなっており、5–HT 神経線維の形態変化が観察されている

文2) T. Takumi: Brain Dev ., 32, 753-758, 2010.
3) K. Tamada, et al,: PLoS ONE , 5: e15126, 2010.

は父性発現を示すことおよびセロトニン 2c 受容体（5–ている考

1) J. Nakatani, et al,: Cell, 137, 1235-1246, 2009.

我々は既に重複領域内に存在する snoRNA の MBII52386, 2010.

16)。この結果は、

12) A.V. Kalueff, et al,: Brain Res ., 1169, 87-97, 2007.

Necdin が patDp/+ マウスの責任遺伝子の一つである可13) A.V. Kalueff, et al,: Genes Brain Behav ., 6, 389-400,

能性を示唆している。

2007.
14) S.S. Moy, et al,: Genes Brain Behav., 8: 129-142, 2009.
15) F. Sotty, et al,: Neuropharmacology , 57: 18-24, 2009.
16) S. Zanella, et al,: J Neurosci ., 28, 1745-1755, 2008.

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